吳徐宇 顧振華

摘要：9E級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)由三種基本的燃燒切換模式，初級(jí)燃燒，貧貧燃燒和預(yù)混合燃燒，機(jī)組啟動(dòng)時(shí)燃機(jī)升負(fù)荷，燃燒模式根據(jù)溫度基準(zhǔn)切換。其中貧貧模式切換至預(yù)混燃燒模式最為復(fù)雜。本文以江蘇華電吳江熱電有限公司E級(jí)燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)機(jī)組為對(duì)象，收集歸納了一些運(yùn)行中出現(xiàn)過(guò)的9E級(jí)燃機(jī)在燃燒切換過(guò)程中，貧貧模式至預(yù)混燃燒模式切換不成功的原因。

Abstract： The 9E gas turbine has 3 main combustion modes， primary mode， lean-lean mode， premix stead-state. When the gas turbine increases load， the combustion mode will switches according to the TTRF1. The most complex switching is from lean-lean mode to premix mode. This paper according to the gas turbine from ?Jiangsu huadian wujiang thermal power plant concludes some cases of the faults about combustion mode switching from lean-lean mode to premix mode.

關(guān)鍵詞：燃?xì)廨啓C(jī);燃燒切換;預(yù)混合燃燒;故障處理

Key words： gas turbine;combustion mode switching;premix stead-state;fault treatment

1 ?設(shè)備簡(jiǎn)介

1.1 燃?xì)廨啓C(jī)簡(jiǎn)介

燃?xì)廨啓C(jī)設(shè)備采用的是GE公司生產(chǎn)的PG9171E型燃?xì)廨啓C(jī)燃機(jī)由一個(gè)啟動(dòng)馬達(dá)、一個(gè)17級(jí)的軸流式壓氣機(jī)、一個(gè)由14個(gè)分管式燃燒室組成的燃燒系統(tǒng)、一個(gè)3級(jí)透平轉(zhuǎn)子組成。

1.2 燃燒室簡(jiǎn)介

燃燒器型號(hào)為DLN1。燃燒室的外殼材料為ASTM A516 （16MnR） GR55，燃燒器和火焰筒材料為Hastolly X，過(guò)渡段材料為Nimonic 263。燃燒室為分管逆流式結(jié)構(gòu)。共有14個(gè)燃燒室，呈圓周布置，順氣流方向看為逆時(shí)針排列，12點(diǎn)位置為14號(hào)燃燒器。每個(gè)燃燒室主要包括燃料噴嘴、聯(lián)焰管、火焰筒、過(guò)渡段等。

單燒氣的DLN燃燒系統(tǒng)的每一個(gè)燃燒室都含有主燃料噴嘴和次燃料噴嘴，分別將氣體燃料噴入一次燃燒區(qū)和二次燃燒區(qū)，以滿足機(jī)組從點(diǎn)火到額定負(fù)荷低排放燃燒的要求。主燃料噴嘴與燃燒室端蓋為一整體，次燃料噴嘴通過(guò)法蘭安裝在燃燒室端蓋上。

1.3 燃料系統(tǒng)簡(jiǎn)介

1.3.1 一個(gè)速比閥（FRS）和三個(gè)控制閥（VGC-1、VGC-2、VGC-3）

速度比例截止閥作用是：當(dāng)機(jī)組事故緊急停機(jī)或正常停機(jī)時(shí)，該閥負(fù)責(zé)切斷機(jī)組的氣體燃料供應(yīng);調(diào)整氣體燃料控制閥前的燃料氣壓力（即P2壓力）使之保持在希望的數(shù)值。

氣體燃料控制閥作用保證氣體燃料的質(zhì)量流量只與該閥的開(kāi)度有關(guān)，便于燃燒控制。因?yàn)闅怏w燃料控制閥閥前的壓力和溫度都將影響氣體燃料，即使閥門(mén)處在同一開(kāi)度，當(dāng)溫度和壓力發(fā)生變化時(shí)，質(zhì)量流量也將發(fā)生變化。那么，在機(jī)組并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，會(huì)引起負(fù)荷的波動(dòng)，在單機(jī)運(yùn)行時(shí)，會(huì)引起機(jī)組轉(zhuǎn)速的波動(dòng)。串接了速度比例截止閥以后，就可以使控制閥前的壓力是一個(gè)定值，而控制閥前的溫度基本不變。這樣就實(shí)現(xiàn)了FSR與控制閥開(kāi)度以及燃料質(zhì)量流量的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。

1.3.2 電磁閥20VG-1

為防止燃?xì)廨啓C(jī)停機(jī)后，有一定數(shù)量的天然氣泄漏到燃燒室中去，在啟動(dòng)過(guò)程中沒(méi)有排盡，而致使點(diǎn)火后引起爆炸，當(dāng)機(jī)組停運(yùn)時(shí)，上述兩道閥門(mén)后的天然氣管道應(yīng)立即自動(dòng)地旁通大氣，即使有泄漏現(xiàn)象，也只允許把漏氣排向高空，從而嚴(yán)防排入燃燒室。

2 ?燃燒方式及切換步驟

2.1 燃燒方式

燃機(jī)的DLN正常運(yùn)行方式有三種，即PRIMARY（初級(jí)燃燒）;LL-POS（貧貧燃燒）;PM-SS（預(yù)混燃燒）。還有幾種不正常的燃燒方式，如LL-NEG、LL-EXT等。

2.1.1 初級(jí)燃燒

燃料只送往一級(jí)噴嘴，只在燃燒室一區(qū)中有火焰，這種運(yùn)行模式用來(lái)點(diǎn)火、加速，使燃燒運(yùn)行在低、中負(fù)荷，直到透平入口溫度TTRF1達(dá)到的899℃/1650°F。

DLN1.0模式之PRIMARY MODE說(shuō)明：初級(jí)燃燒模式下，燃料只送往一級(jí)噴嘴。只在燃燒室1區(qū)中有火焰。這種運(yùn)行模式用來(lái)點(diǎn)火、加速，使燃機(jī)運(yùn)行在低、中負(fù)荷，直到燃燒溫度TTRF1達(dá)到898.9℃（1650）。這種模式下，DLN1與標(biāo)準(zhǔn)燃燒系統(tǒng)的氮氧化物和一氧化碳排放水平相似，因?yàn)樵诖朔秶鷥?nèi)這兩種系統(tǒng)都是作為擴(kuò)散火焰燃燒室運(yùn)行的。

2.1.2 貧-貧燃燒

燃料送往一級(jí)和二級(jí)噴嘴。在一級(jí)區(qū)、二級(jí)區(qū)中都有火焰。這種運(yùn)行模式用于在透平入口溫度在899℃/1650°F與1077℃/1970°F之間時(shí)。

DLN1.0模式之LEAN-LEAN MODE說(shuō)明：貧-貧燃燒模式下，燃料送往一級(jí)和二級(jí)噴嘴。在1區(qū)、2區(qū)中都有火焰，是介于PRIMARY MODE和SECONDARY TRANSFER MODE之間的模式。這種運(yùn)行模式出現(xiàn)于燃燒溫度TTRF1在898.9℃（1650）與1077℃（1970）之間。此運(yùn)行模式下VGC1與VGC2給定的閥門(mén)開(kāi)度相同。

2.1.3 預(yù)混合燃燒

燃料送往一級(jí)和二級(jí)噴嘴。只在二級(jí)區(qū)中都有火焰。TTRF1達(dá)到1077℃/1970°F時(shí)開(kāi)始切換，直到將機(jī)組負(fù)荷帶入溫控，這是最佳的排放運(yùn)行模式。

DLN1.0模式之PREMIX STEAD-STATE說(shuō)明：在預(yù)混合穩(wěn)定模式下，燃料同時(shí)進(jìn)入一級(jí)和二級(jí)噴嘴。1區(qū)徹底混合燃料和空氣，并把均勻的、貧的、還未燃燒的混合物送往2區(qū)去燃燒，因此只在2區(qū)中有火焰。該模式是NOX和CO最佳排放的運(yùn)行模式。

2.2 燃燒切換簡(jiǎn)介

燃燒切換的基本過(guò)程步驟。正常的LL-POS至PM-SS的燃燒切換過(guò)程為：

①TTRF1達(dá)到1077℃;

②清吹閥VA13、VA14關(guān)閉;

③清吹放散閥20VG-1開(kāi)啟;

④VGC3打開(kāi);

⑤VGC1關(guān)閉5s，將1區(qū)火焰熄滅;

⑥VGC2關(guān)小，使通過(guò)VGC1的燃料量增加，關(guān)至1.3%后再開(kāi)啟;

⑦VGC3關(guān)閉（在這一步可能已經(jīng)顯示燃燒方式為PM-SS，但切換過(guò)程未結(jié)束）;

⑧清吹放散閥20VG關(guān)閉;

⑨清吹閥VA13、VA14開(kāi)啟;

⑩燃燒方式進(jìn)入PM-SS，切換完成。

3 ?燃燒切換不成功的情況及原因

3.1 Lean-Lean Base 按鈕選擇為“On”

在機(jī)組啟動(dòng)之前，如果Lean-Lean Base選擇為On，將直接造成無(wú)法正常燃燒切換。對(duì)此在《9E熱電聯(lián)產(chǎn)發(fā)電機(jī)組培訓(xùn)教材（燃機(jī)分冊(cè)）》上有明確寫(xiě)出，會(huì)導(dǎo)致機(jī)組進(jìn)入EXTENDED LEAN-LEAN MODE燃燒。此種燃燒在TTRF1達(dá)到1096℃（2005）時(shí)，1區(qū)和2區(qū)同時(shí)有火焰，此模式下NOX和CO排放很高，無(wú)法達(dá)到嚴(yán)格的排放指標(biāo)。在此模式運(yùn)行將大幅縮短燃燒部件壽命，特別是在高負(fù)荷時(shí)，燃燒部件的維修系數(shù)是預(yù)混合穩(wěn)定模式下的10倍。對(duì)此可制定啟動(dòng)前檢查卡明確要求Lean-Lean Base按鈕選擇“OFF”，保證不會(huì)因此原因?qū)е虑袚Q不成功。

3.2 燃料管道或清吹管道內(nèi)有積水

在水洗后，由于燃料管道或清吹管道內(nèi)若存有積水未排盡，在切換時(shí)，水會(huì)進(jìn)入燃料閥，造成高溫焰氣回流，形成回火，導(dǎo)致燃燒切換失敗，甚至可能導(dǎo)致熄火。此種情況可能由于水洗前相關(guān)閥門(mén)沒(méi)有按要求關(guān)閉，水洗后未嚴(yán)格執(zhí)行烘干程序。對(duì)此可以強(qiáng)化水洗檢查管理，制作標(biāo)準(zhǔn)的水洗準(zhǔn)備檢查卡，或者在水洗前在燃料閥后管道加裝堵板，防止水洗時(shí)有水進(jìn)入，水洗完成和拆除即可。

3.3 由于清吹電磁閥VA13、VA14故障或卡澀或者清吹放散閥20VG-1卡澀或故障

如果這幾個(gè)閥門(mén)發(fā)生卡澀或者故障未能正常開(kāi)關(guān)也會(huì)導(dǎo)致燃燒切換不成功，此時(shí)由于負(fù)荷一般設(shè)置預(yù)選較高（躲過(guò)燃燒切換溫度，以免導(dǎo)致因切換溫度不滿足而導(dǎo)致切換失?。?，燃燒切換會(huì)立即終止進(jìn)程并切換至不正常狀態(tài)。

從前文所述燃燒切換步驟，VA13、VA14及20VG-1的動(dòng)作在第2、3步，此種情況下時(shí)，不會(huì)跳至燃料閥相關(guān)的過(guò)程?？梢酝ㄟ^(guò)燃燒切換進(jìn)程檢查是否為此原因。在此基礎(chǔ)上，在進(jìn)行判斷，由于吹掃起源未壓氣機(jī)排氣溫度約為360℃，可以通過(guò)用測(cè)溫槍來(lái)查看，20VG-1閥前后溫度，如果閥后溫度明顯較低則說(shuō)明是20VG-1未能正常開(kāi)啟導(dǎo)致了燃燒切換失敗。

3.4 升負(fù)荷時(shí)燃機(jī)預(yù)選負(fù)荷較低

由于9E級(jí)燃機(jī)的貧貧燃燒切換預(yù)混合燃燒的溫度在1077℃，開(kāi)始進(jìn)入過(guò)度切換模式——SECONDARY TRANSFEMODE。如果升負(fù)荷時(shí)，設(shè)置的負(fù)荷過(guò)低導(dǎo)致切換溫度不夠，即溫度維持在了1077℃附近時(shí)，進(jìn)入了切換條件滿足的溫度，但是由于負(fù)荷的波動(dòng)，導(dǎo)致溫度的波動(dòng)，在切換過(guò)程中又使燃燒溫度過(guò)低，導(dǎo)致燃燒切換失敗。

3.5 由于清吹閥VA13、VA14管道的孔徑過(guò)大

在上文描述的切換步驟第9步，清吹閥VA13、VA14會(huì)開(kāi)啟，在開(kāi)啟過(guò)程中清吹空氣會(huì)從吹掃管道通入，從系統(tǒng)圖中可見(jiàn)，會(huì)直接通入VGC-3（與2區(qū)噴嘴相通）。如果VA13、VA14孔徑過(guò)大，清吹空氣流量過(guò)大，會(huì)直接導(dǎo)致短時(shí)吹滅火焰（導(dǎo)致排氣分散度瞬時(shí)偏差大），從而導(dǎo)致燃燒切換不成功。這種情況發(fā)生在燃燒切換的最后一步，大約TTRF1在1100℃左右，此時(shí)已完成基本燃燒切換流程且所有閥門(mén)均能正常開(kāi)關(guān)，燃燒模式已顯示PM-SS（PREMIX STEAD-STATE），但是由于最后排氣分散度大，火焰被吹滅等導(dǎo)致了燃燒切換失敗lean-lean base按鈕自動(dòng)切換至“on“。從火檢和排氣溫度，排氣分散度檢查看出是否為此種原因。對(duì)此可在管道加裝截流孔板，控制清吹氣流量。

4 ?總結(jié)

本文總結(jié)歸納了吳江熱電有限公司近3年發(fā)生的幾次燃燒切換不成功事件，同時(shí)匯入了2個(gè)常見(jiàn)的燃燒切換不成功原因。發(fā)生燃燒切換失敗時(shí)，應(yīng)首先降負(fù)荷，避免在故障的燃燒模式下長(zhǎng)時(shí)間高負(fù)荷運(yùn)行。針對(duì)燃燒切換步驟順序，查看燃燒切換失敗發(fā)生的節(jié)點(diǎn)，來(lái)查找燃燒切換失敗原因。

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